ACTE I
L’église Sant’Andrea della Valle. Cesare Angelotti, ancien Consul de la République de Rome, s’est échappé du château Saint-Ange où il était détenu pour des raisons politiques. Il se réfugie dans l’église où sa soeur, la marquise Attavanti, a dissimulé des vêtements féminins dans la chapelle familiale pour lui permettre de s’enfuir. Le peintre Mario Cavaradossi vient achever un portrait de Madone à laquelle il a donné les traits d’une inconnue aperçue dans l’église, en fait la marquise Attavanti. Angelotti sort de sa cachette. Mario, sympathisant des idées républicaines, fait le serment de l’aider à s’enfuir. L’arrivée de Floria Tosca, célèbre cantatrice et maîtresse de Cavaradossi, oblige Angelotti à se cacher à nouveau. Floria reconnaît dans le portrait peint par Cavaradossi les traits de la marquise Attavanti et laisse éclater sa jalousie. Mario parvient à grand peine à la calmer. Après le départ de Tosca, Mario propose à Angelotti de le cacher dans le jardin de sa villa. Un coup de canon, tiré du château Saint- Ange, signale que l’évasion a été découverte. Les deux hommes quittent l’église en hâte. Le bruit court que Bonaparte a été vaincu à Marengo par les armées autrichiennes. Le sacristain fait répéter un Te Deum pour célébrer la nouvelle. Accompagné de ses sbires Spoletta et Sciarrone, le baron Scarpia, chef de la police, fait irruption dans l’église, où il est persuadé de trouver Angelotti. Floria Tosca, en proie au doute, est revenue sur ses pas. Scarpia excite sa jalousie en lui montrant l’éventail de la marquise Attavanti, abandonné par Angelotti lors de sa fuite. Tosca, persuadée que Mario la trompe, décide d’aller le surprendre dans sa villa. Il ne reste à Scarpia qu’à la faire suivre pour connaître la cachette d’Angelotti. Tandis que retentissent les accents du Te Deum, Scarpia, plongé dans une méditation sensuelle, rêve de soumettre Tosca à sa volonté de possession.

ACTE II
Le Palais Farnèse. Scarpia dîne seul, en attendant l’arrivée de Tosca, à qui il a fait parvenir un billet la priant de lui rendre visite. Spoletta annonce qu’il n’a pas trouvé Angelotti à la villa mais qu’il a arrêté Cavaradossi. Questionné par Scarpia, Mario nie toute participation à l’évasion d’Angelotti. Tosca paraît. Scarpia ordonne que l’on conduise Mario à la chambre de torture. Tosca ne peut supporter d’entendre les plaintes de son amant et révèle la cachette d’Angelotti, qu’elle a découverte lorsqu’elle s’est rendue à la villa. Sciarrone fait irruption et annonce au baron que Bonaparte a finalement gagné la bataille de Marengo. Mario exulte et Scarpia, furieux, prononce sa condamnation à mort. Tosca supplie Scarpia de lui accorder la grâce de Mario. Il feint d’accepter, à la condition qu’elle se donne à lui sur le champ. Il lui fait croire que l’exécution de Mario sera simulée. Malgré sa répulsion, Tosca cède. Auparavant, elle exige un saufconduit lui permettant de quitter Rome avec Mario. Scarpia rédige le document mais, alors qu’il s’approche de Tosca, elle le poignarde.

ACTE III
La plate-forme du château Saint-Ange. L’aube se lève sur Rome. L’heure de l’exécution approche. Mario demande l’autorisation d’écrire une dernière fois à Tosca, mais, face à la feuille de papier, il est incapable d’écrire un mot ; il se rappelle leur bonheur passé. Tosca survient et lui raconte comment elle s’est procuré le sauf-conduit. L’exécution aura bien lieu mais les fusils seront chargés à blanc : il devra simuler la mort. Mais Scarpia avait trompé Tosca : c’est un ordre d’exécution réel qu’il a donné et Mario s’effondre sous les balles, mort. L’assassinat de Scarpia a été découvert ; Spoletta et Sciarrone se précipitent pour arrêter Tosca mais elle se jette dans le vide du haut du parapet.